一种雷达动平台电子波束稳定及补偿系统技术方案

本发明专利技术提供了一种雷达动平台电子波束稳定及补偿系统，包括：姿态信息获取设备、刚体间相对坐标关系标定模块、第一姿态信息转换模块、解算模块、信号处理及数据处理模块、波控码计算模块以及第二姿态信息转换模块，通过姿态信息获取设备实时地获取纵、横摇角度值，利用第一姿态信息转换模块解算雷达波束在天线坐标系下的实际指向，得到波束指向补偿信息，实现波束指向的电子稳定；将目标坐标转换地理坐标系下，实现目标指向的修正；依据补偿指向与雷达方向图中指向增益的偏差，实时调整接收机增益完成补偿。本发明专利技术的方案能够有效解决动平台下雷达波束指向和增益的电子稳定问题，消除载体运动对雷达性能指标的影响，实现动平台和雷达的运动隔离。雷达的运动隔离。雷达的运动隔离。

【技术实现步骤摘要】
一种雷达动平台电子波束稳定及补偿系统


[0001]本专利技术涉及雷达领域，尤其涉及一种雷达动平台电子波束稳定及补偿系统。

技术介绍

[0002]本专利技术涉及当雷达载体平台(如：舰船、浮台或者车辆等)发生转向和纵横摇时，雷达天线随载体摇摆，导致波束相对于地理坐标系水平面发生旋转。而仰角波束始终与载体坐标系平面垂直，所以就形成了稳定的地理坐标系和天线所在的摇摆及旋转的载体坐标系，当没有转向和纵横摇发生时，两个坐标系重合；当有纵横摇发生时，波束就在地理坐标系摇摆。
[0003]当载体发生纵横摇时，波束随载体摇摆而摇摆。导致波束在方位角和俯仰角的指向发生变化，该变化影响雷达性能指标。当载体航向、纵摇、横摇会发生改变，为保证雷达侦察系统测向的稳定，使目标指向在惯性空间内稳定。需要考虑相应的技术手段实现波束指向和增益的稳定及补偿。保证雷达波束指向在惯性空间的不变；同时，波束增益满足设定的增益。用以消除或者补偿载体运动对雷达的影响，保障和提升雷达的性能。
[0004]现有的雷达运动平台运动补偿方法主要基于机械系统来隔离载体的运动，通过在天线座上安装机械伺服结构，降低船只、浮台及车辆的运动对雷达信号处理的影响。纵横摇机械稳定装置会增加设备量和重量，还需要纵横摇伺服控制，设备量的增加不仅降低雷达可靠性而且适装性变差，成本增加。所以，机械式的稳相系统结构复杂、体积庞大、成本高，难以安装和维护，难以适应需要考虑经济性和可维护性的场景，如浮台及其他船只等应用场景。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，提供了一种雷达动平台电子波束稳定及补偿系统，通过实时地获取在纵横摇状态下雷达波束的实时变化，从而利用这种变化调整雷达参数弥补摇摆带来的影响，解算波束实时指向及波束特征变化，得到波束指向补偿数据和增益补偿数据；最后，依据坐标变换关系，实现目标角度信息的修正。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：一种雷达动平台电子波束稳定及补偿系统，包括：
[0007]姿态信息获取设备，实时获取运动载体的姿态信息；
[0008]姿态信息获取设备，实时获取运动载体的姿态信息；
[0009]刚体间相对坐标关系标定模块，用于获取雷达在部署和安装过程中天线坐标系和载体坐标系之间的姿态转换矩阵，实现载体坐标系和天线坐标系姿态信息的相互转换；
[0010]第一姿态信息转换模块，用于完成地理坐标系到载体坐标系，再结合姿态转换信息完成到天线坐标系的实时姿态转换；通过根据运动载体的姿态信息和天线坐标系和载体坐标系之间的姿态转换矩阵计算得到地理坐标系到天线坐标系下的姿态转移矩阵，该姿态转移矩阵用于求解天线坐标系下的方位角信息和俯仰角信息。
[0011]解算模块，用于天线坐标系下的姿态信息的解算；根据姿态转移矩阵得到天线坐
标系下的方位角信息和俯仰角信息，并同时将解算得到的方位角信息和俯仰角信息传递给信号处理及数据处理模块与波控码计算模块；
[0012]信号处理及数据处理模块，用于增益补偿和目标角度信息获取，对接收增益进行补偿的同时，输出目标在天线坐标系下的方位信息和俯仰信息；
[0013]波控码计算模块，用于波控码的实时计算，接收解算模块求解得到的方位角信息和俯仰角信息，求解对应的波控码，并将波控码转递给TR模块实现雷达发射波束指向控制；
[0014]第二姿态信息转换模块，接收信号处理及数据处理模块计算得到的目标在天线坐标系下方位信息和俯仰信息，将目标姿态信息转换至地理坐标系下并输出，完成目标修正。
[0015]进一步的，所述姿态信息获取设备为陀螺仪、水平仪或罗盘。
[0016]进一步的，所述地理坐标系到天线坐标系下的姿态转移矩阵包括：
[0017]航向角姿态转移矩阵：其中，T
k
为因航向角改变而引起的航向角姿态转移矩阵，k为航向角；
[0018]横摇角姿态转移矩阵：其中，T
γ
为因横摇而导致的横摇角姿态转移矩阵，γ为横摇角；
[0019]纵摇角姿态转移矩阵：其中，其中，T
θ
为因纵摇导致的纵摇角姿态转移矩阵，θ为纵摇角。
[0020]进一步的，所述第一姿态信息转换模块在坐标系转换过程中，按照航向角、横摇角、纵摇角的顺序依次进行变换。
[0021]进一步的，转换姿态信息具体过程为：设为满足波束指向的单位向量，则有其中α和β分别为地理坐标系下的俯仰角和方位角；依次进行航向角、横摇角、纵摇角的顺序进行变换，得到天线坐标系下的姿态信息，即向量依次进行航向角、横摇角、纵摇角的顺序进行变换，得到天线坐标系下的姿态信息，即向量
[0022]进一步的，解算过程为：对进行解算有：
[0023][0024]即可得到天线坐标系下的的方位角和俯仰角为：
[0025][0026][0027]对tanα
′
与sinβ
′
进行反三角函数计算得到α
′
，β
′
，即天线坐标系下的方位角信息和俯仰角信息。
[0028]进一步的，信号处理及数据处理模块具体工作过程为：
[0029]增益补偿：根据雷达天线波束仰角方向图得到波束增益表，从而根据β和β
′
之间的俯仰角误差，补偿波束指向增益；
[0030]目标在天线坐标系中的方位角信息和俯仰角信息采用包含但不限于比幅测角、单脉冲测角及超分辨测角方法等方法进行计算；
[0031]进一步的，第二姿态信息转换模块的具体工作过程为：根据地理坐标系到天线坐标系下的姿态转移矩阵的逆矩阵将天线坐标系下目标的方位角信息和俯仰角信息转换为目标在地理坐标系下的姿态信息。
[0032]进一步的，第二姿态信息转换模块在坐标系转换过程中，按照纵摇角、横摇角、航向角的顺序依次进行变换。
[0033]与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本专利技术的方案能够有效解决动平台下雷达波束指向和增益的电子稳定问题，消除载体运动对雷达性能指标的影响，该方案有望在动平台下的雷达探测领域广泛应用，实现平台和雷达的运动隔离。
附图说明
[0034]图1是本专利技术提供的雷达动平台电子波束稳定及补偿系统组成图。
[0035]图2是本专利技术一实施例中的地理坐标系示意图。
[0036]图3是本专利技术一实施例中的阵面坐标模型图。
[0037]图4是本专利技术一实施例中的图舰船载体坐标系及摇摆角模型。
具体实施方式
[0038]下面结合附图对本专利技术做进一步描述。
[0039]本专利技术所解决的技术问题为：结合平台提供的位姿信息和时间信息实提出运动平台上雷达波束指向和增益的稳定及补偿，分析载体纵摇、横摇、航向改变对雷达波束指向和雷达波束增益的影响，通过坐标系之间的姿态转换提出动平台雷达波束稳稳定和补偿的方法，通过对波束指向、增益及目标的角度信息进行实时补偿和修正。最终，实现运动平台下雷达波束指向和增益与载体运动的隔离，减小和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷达动平台电子波束稳定及补偿系统，其特征在于，包括：姿态信息获取设备，实时获取运动载体的姿态信息；刚体间相对坐标关系标定模块，用于获取雷达在部署和安装过程中天线坐标系和载体坐标系之间的姿态转换矩阵，实现载体坐标系和天线坐标系姿态信息的相互转换；第一姿态信息转换模块，用于完成地理坐标系到载体坐标系，再到天线坐标系的实时姿态转换；通过根据运动载体的姿态信息和天线坐标系和载体坐标系之间的姿态转换矩阵计算得到地理坐标系到天线坐标系下的姿态转移矩阵，该姿态转移矩阵用于求解天线坐标系下的方位角信息和俯仰角信息；解算模块，用于天线坐标系下的姿态信息的解算；根据姿态转移矩阵得到天线坐标系下的方位角信息和俯仰角信息，并同时将解算得到的方位角信息和俯仰角信息传递给信号处理及数据处理模块与波控码计算模块；信号处理及数据处理模块，用于增益补偿和目标角度信息获取，对接收增益进行补偿的同时，输出目标在天线坐标系下的方位信息和俯仰信息；波控码计算模块，用于波控码的实时计算，接收解算模块求解得到的方位角信息和俯仰角信息，求解对应的波控码，并将波控码转递给TR模块实现雷达发射波束指向控制；第二姿态信息转换模块，接收信号处理及数据处理模块计算得到的目标在天线坐标系下方位信息和俯仰信息，将目标姿态信息转换至地理坐标系下并输出，完成目标修正。2.根据权利要求1所述的雷达动平台电子波束稳定及补偿系统，其特征在于，所述姿态信息获取设备为陀螺仪、水平仪或罗盘。3.根据权利要求1所述的雷达动平台电子波束稳定及补偿系统，其特征在于，所述地理坐标系到天线坐标系下的姿态转移矩阵包括：航向角姿态转移矩阵：其中，T
k
为因航向角改变而引起的航向角姿态转移矩阵，k为航向角；横摇角姿态转移矩阵：其中，T
γ
为因横摇而导致的横摇角姿态转移矩阵，γ为横摇角；纵摇角姿态转移矩阵：其中，其中，T
θ
为因纵摇导致的纵摇角姿态转移矩阵，θ为纵摇角；。4.根据权利要求3所述的雷达动平台电子波束稳定及...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖育富，刘泽，马婕，任午龙，王彦成，
申请(专利权)人：四川九洲空管科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：